機械設(shè)計實驗

1、機械設(shè)計實驗7.3帶傳動實驗7.3.1實驗目的1 .通過實驗觀察彈性滑動現(xiàn)象和過載后的打滑現(xiàn)象；2 .測試帶傳動過程中的負載變化規(guī)律，繪出皮帶的滑動曲線和效率曲線;3 .掌握懸架電機測定轉(zhuǎn)矩的方法。4 .3.2實驗設(shè)備DCSII型帶傳動實驗臺和微型計算機（486以上）5 .3.3實驗原理1 .機械結(jié)構(gòu)1.從動電動機 2.從動帶輪 3.傳動帶 4.主動帶輪 5.主動電動機 6.牽引線7.滑輪 8.祛碼 9.拉簧 10.浮動支座 11.固定支座 12.底座13.拉力傳感器圖7-2帶傳動實驗臺機械結(jié)構(gòu)本實驗臺機械部分，主要由兩臺直流電機組成，如圖 7-2所示。其中一臺作為原動機， 另一臺則作為負載的

2、發(fā)電機。原動機由可控硅整流裝置供給電動機電樞以不同的端電壓，實現(xiàn)無級調(diào)速。發(fā)電機，每按一下加載按鍵，即并上了一個負載電阻，使發(fā)電機負載逐步增加，電樞 電流增大，隨之電磁轉(zhuǎn)矩也增大，即發(fā)電機的負載轉(zhuǎn)矩增大，實現(xiàn)了負載的改變。兩臺電機均為懸掛支撐，當傳遞載荷時，作用于電機定子上的力矩 T1 （主動電機力矩）、 T2 （從動電機力矩）迫使拉鉤作用于拉力傳感器，傳感器輸出電信號正比于T1、T2的原始信號。原電機的機座設(shè)計成浮動結(jié)構(gòu)（滾動滑槽），與牽引鋼絲繩、定滑輪、祛碼一起組成帶傳動預拉力形成機構(gòu)，改變祛碼大小，即可準確地預定帶傳動的預拉力F0。兩臺電機的轉(zhuǎn)速傳感器（紅外線光電傳感器）分別安裝在帶輪背

3、后的環(huán)形槽中，由此 可獲得必需的轉(zhuǎn)速信號。2 .電子系統(tǒng)電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖7-3所示。1帶傳動機構(gòu)主、被動輪轉(zhuǎn)矩傳感器主、被動輪轉(zhuǎn)速傳感器單片微計算機主、被動輪轉(zhuǎn)矩顯示主、被動輪轉(zhuǎn)速顯示輸出接口微機接口微計算機圖7-3實驗臺電子系統(tǒng)框圖J J7.3.4實驗步驟：CRT顯示 打印1 .根據(jù)要求加一預拉力，加減祛碼。2 .打開實驗臺電源，按一下清零，此時，主被動電機轉(zhuǎn)速顯示為0,力矩顯示為 當力矩顯示為“0時，調(diào)節(jié)調(diào)速按鈕，同時觀察實驗臺面板上主動輪轉(zhuǎn)速顯示屏上的轉(zhuǎn)速， 使主動輪轉(zhuǎn)速達到預定轉(zhuǎn)速12001300r/min時，停止轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。3 .啟動“帶傳動實驗系統(tǒng)”程序。首先選擇 1,執(zhí)行菜單

4、命令 數(shù)據(jù)采集”，開始采集 實驗數(shù)據(jù)。4 .按加載”一下，調(diào)節(jié)主動轉(zhuǎn)速，使其在要求范圍內(nèi)，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定（一般需23個顯示周期）后，再按 加載”，如此往復，直至實驗機面板上的八個發(fā)光管指示燈全亮為止。此時實驗臺面板上四組數(shù)碼管將全部顯示“ 8888'；表明所采數(shù)據(jù)已全部送至計算機。5 .如果數(shù)據(jù)采集正常，計算機屏幕將顯示所采集的數(shù)據(jù)，否則需要重新進行數(shù)據(jù)采集。將所采集的實驗數(shù)據(jù)記錄下來。6 .在計算機上選擇菜單中的數(shù)據(jù)分析功能，將顯示本實驗的曲線和數(shù)據(jù)?？梢赃M行不同的數(shù)據(jù)擬合。7 .實驗結(jié)束后，將實驗臺電機調(diào)速電位器關(guān)斷，關(guān)閉實驗機構(gòu)的電源。圖7-4程序界面8 .3.5實驗臺主要技術(shù)參數(shù)1

5、. 直流電機功率：2臺X50W2. 主電機調(diào)速范圍：01800r/min3. 額定轉(zhuǎn)矩：T=0.24N.M =2450g.cm4. 電源：220V交流5. 3.6實驗臺操作面板布置實驗臺操作面板布置如圖7-5所示。圖7-5帶傳動實驗臺操作面板7.4齒輪傳動效率的測定實驗7.4.1 實驗目的：1 . 了解封閉功率流式齒輪實驗臺的結(jié)構(gòu)特點和實驗基本原理；2 .掌握齒輪傳動效率的測定方法。7.4.2 實驗設(shè)備CHT型封閉功率流式齒輪試驗臺7.4.3 實驗原理：1.封閉功率流式齒輪實驗臺結(jié)構(gòu)原理及加載方法。根據(jù)功率流的傳遞和加載方法的不同，齒輪實驗裝置通?？煞譃殚_放功率流式”和封閉功率流式”兩大類。所

6、謂 封閉式”，主要是將實驗裝置設(shè)計成一個封閉的機械系統(tǒng)，它不 需要外加的加載設(shè)備，而是通過系統(tǒng)中的一個特殊部件來加載，用以獲得為平衡此系統(tǒng)中彈性件的變形而產(chǎn)生的內(nèi)力矩（封閉力矩）。運轉(zhuǎn)時，這些內(nèi)力矩相應(yīng)做功而成為封閉功率，并在此封閉回路中按一定方向流動。如圖7-6所示。圖中1為實驗臺的動力源 交流平衡電機，此電機通過兩個滾動軸承座，將整個電 機懸掛起來，定子可以繞轉(zhuǎn)子軸3600回轉(zhuǎn)。2和4為結(jié)構(gòu)尺寸完全相同的兩個齒輪傳動箱，分別裝入a、b和c、d兩對相同的齒輪。齒數(shù)滿足 Za=Zc, Zb = Zd的條件；3為加載用的特 殊部件；5為彈性軸。五個部件通過聯(lián)軸節(jié)組成一個封閉的機械系統(tǒng)。加載裝置為

7、封閉式齒輪實驗臺的重要組成部分，具體結(jié)構(gòu)形式很多。本實驗臺采用軸移式斜面加載無論怎樣改變結(jié)構(gòu)形式，實質(zhì)就是通過某種手段使齒輪嚙合處工作齒面之間相 互擠壓，產(chǎn)生不同的負載。圖7-7為軸移式斜面加載器的結(jié)構(gòu)原理圖。圖中 1為套筒，一端開有螺旋槽通孔，另一端開有長方形槽通孔，通過兩端帶有滾子的撥銷軸2和3,將軸4和5聯(lián)結(jié)起來。若使套筒1在力F的作用下有一軸向位移，則套筒通過螺旋槽面對銷軸兩端的滾子施加了一個力矩的作用，此力矩通過撥銷軸作用在軸 4上，使軸4和5產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角位移，從而使彈性軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，使兩對齒輪在嚙合處受到了載荷。引起套筒軸向移動的力F是靠祛碼實現(xiàn)的。改變軸向力F的大小，就可改變彈性

8、軸的扭轉(zhuǎn)變形量的大小，從而也就改變了齒輪上載荷的大小。圖7-6齒輪實驗臺簡圖軸移式斜面加載器最大特點就是可以在運行當中改變載荷的大小，給實驗帶來了方便，無論是在系統(tǒng)靜止時還是系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時，都可以根據(jù)需要任意改變載荷的大小。在這種情況下，由于載荷已體現(xiàn)為封閉系統(tǒng)的內(nèi)力，因此，電動機所提供的動力，主要是用于克服系統(tǒng)中各傳動件的摩擦阻力，其能量損耗相應(yīng)比較小，因而可以大大地減小電動機的容量。封閉式實驗臺的這種優(yōu)點，對于需要大批量、長時間、重載荷的齒輪試驗顯得尤為重要。圖7-7軸移式斜面加載器結(jié)構(gòu)原理圖G.81000tg根據(jù)圖7-7所示的加載器結(jié)構(gòu)尺寸，可以計算出加載器作用在系統(tǒng)中的扭矩Mb。c43 9

9、.8G 2.14G1000 tg11.14式中：G祛碼重量（kg）d撥銷軸滾子作用直徑（ mm）,本實驗臺d= 43mm螺旋角（度）=11.14。（實驗臺編號886）= 15° （實驗臺編號881）2.效率的測定和計算 效率 是評定齒輪傳動質(zhì)量的重要指標。齒輪效率測定一般是指齒輪箱的效率測 定，其中包括軸承損耗、攪油損耗等，單純的齒輪副效率測定是比較困難的。效率 是輸出功率N出和輸入功率N入之比N出N入-N耗N入N入對于封閉式齒輪試驗裝置，在測定效率時，需要首先判明齒輪的主動和從動關(guān)系，以及功率的流動方向。根據(jù)圖7-6所示，當加載器在祛碼的作用力 F的作用下產(chǎn)生向右的位移時， 齒輪1

10、受到一力矩載荷 Mb,其方向為B向逆時針，但由于在系統(tǒng)中b齒輪的嚙合阻力，a齒輪的齒面受力為 B向順時針，由于電機的轉(zhuǎn)向也是 B向順時針，所以，a齒輪的受力方向 和轉(zhuǎn)動方向是一致的。根據(jù)齒輪的受力分析，從動齒輪切向力方向和轉(zhuǎn)動方向相同，所以a齒輪是從動齒輪。 那么與a齒輪同軸的c齒輪即為主動齒輪， 所以功率流的方向就是從 c齒輪到d齒輪，再從b齒輪到a齒輪，呈順時針的流動方向，如箭頭所示的流動方向。在封閉式齒輪傳動系統(tǒng)中，電機的輸出功率基本上是補充系統(tǒng)中的損耗功率， 其中主要 是齒輪傳動的功率消耗。 如果我們能夠知道電機的輸出功率， 即系統(tǒng)的損耗功率， 又知道封 閉的輸入功率，其效率即可算出。

11、本實驗臺中的電機為平衡電機。 當電機運轉(zhuǎn)時，電動機所輸出的轉(zhuǎn)矩大小可通過定子（機座）上的反力矩來測定。固定在機座上的平衡杠桿隨定子的翻轉(zhuǎn)而拉動測力計，用測力計讀數(shù)乘以杠桿臂長即得到電機的輸出轉(zhuǎn)矩Mg,這個轉(zhuǎn)矩就是系統(tǒng)中的功耗轉(zhuǎn)矩，它的大小與電動機的輸出功率成正比，在此實驗臺中，測力計的讀數(shù)是gf,而力臂的桿長是 195mm,所以功耗力矩可由下式求得：Mg195f 9.810001.91f式中：f測力計讀數(shù)由于實驗中兩個齒輪傳動箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同,如果忽略其它方面的損耗（軸承、攪油、空氣阻力等），可以認為兩齒輪箱的傳動效率相同，12。根據(jù)功率流的方向以及加載方向可列出如下方程：Mb 21 MB

12、-Mg式中：Mb加載封閉力矩Mg電機輸出功耗力矩2、 1 -兩齒輪箱傳動效率進而推導出齒輪箱的平均傳動效率的計算公式：:M B - M g Mb如果電機的轉(zhuǎn)向改變，或者加載方向改變都會影響齒輪箱中齒輪的主、從動關(guān)系，進而影響封閉功率的流動方向，因此效率的計算公式也會發(fā)生變化。7.4.4 實驗方法和步驟1. 了解實驗臺封閉系統(tǒng)中各部件的名稱和作用。2 .開機前必須使測力計鉤子與杠桿脫開，并事先判斷好電機的轉(zhuǎn)向 （即要使杠桿向下翻轉(zhuǎn)的電機轉(zhuǎn)向），并在開機時用手按住測力桿在槽口上，以免啟動時打壞測力計和測力桿。3 .確認在未加祛碼時，加載器的滾子應(yīng)在螺旋槽軸向移動的起始點并離開一段距離（2mm）,此

13、時各處的間隙基本消除，然后在加載器部分加少許潤滑油。4 .開啟電動機運轉(zhuǎn)一段時間， 大約2分鐘左右，然后鉤上測力計的鉤子。這時測力計的讀數(shù)值為空載時功耗力矩的力，這部分功耗應(yīng)是一個定量損失，且與載荷無關(guān)。5 .按一定的祛碼重量差逐漸加載，每加一次祛碼，維持一段時間，然后記錄祛碼重量和測力計讀數(shù)。6 .停機前應(yīng)緩慢地逐個卸下祛碼，然后脫開測力計鉤子。7 .根據(jù)記錄表格畫出載荷一功耗曲線和載荷一效率曲線于同一坐標系中。機械設(shè)計實驗13.4 減速器的拆裝實驗13.4.1 預習準備 熟悉內(nèi)外卡鉗、游標卡尺的使用方法13.4.2 實驗目的1 . 了解減速器結(jié)構(gòu)，熟悉裝配和拆卸方法；2 . 通過拆裝，掌握

14、軸和軸承部件的結(jié)構(gòu)；3 . 了解減速器各個附件的名稱、結(jié)構(gòu)、安裝位置和作用。4 3.4.3 實驗設(shè)備單級圓柱齒輪減速器、 兩級三軸圓柱齒輪減速器、 兩級圓錐圓柱齒輪減速器、 單級蝸桿減速器5 3.4.4 拆裝工具和測量工具活扳手、套筒扳手、榔頭、內(nèi)外卡鉗、游標卡尺、鋼板尺6 3.4.5 實驗原理減速器是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動、 蝸桿傳動或齒輪 蝸桿傳動所組成的獨立部件， 常用在動力機與工作機之間作為減速的傳動裝置； 在少數(shù)場合下也用作增速的傳動裝置， 這時就稱為增速器。 減速器由于結(jié)構(gòu)緊湊、效率較高、 傳遞運動準確可靠、使用維護簡單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機械中應(yīng)用很廣。減速器類型很

15、多，按傳動級數(shù)主要分為：單級、二級、多級；按傳動件類型又可分為：齒輪、蝸桿、齒輪-蝸桿、蝸桿-齒輪等。減速器構(gòu)造：無論何種類型的減速器，其基本結(jié)構(gòu)由軸系部件、箱體及附件三大部分組成。1. 軸系部件：軸系部件包括傳動件、軸和軸承組合。（ 1 ） 傳動件減速器箱體外部傳動件有鏈輪、帶輪等；箱體內(nèi)部傳動件有圓柱齒輪、圓錐齒輪、蝸桿蝸輪等。 傳動件決定減速器的技術(shù)特性， 通常根據(jù)傳動件種類確定減速器類型， 其 基本類型有圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器、蝸桿蝸輪減速器等。 （2） 軸傳動件裝在軸上以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動和傳遞功率。 通常采用階梯軸， 傳動件和軸以平鍵聯(lián)接。（ 3 ） 軸承組合軸承組合包括軸承、軸

16、承端蓋、密封裝置以及調(diào)整墊片等。軸承：一般都采用滾動軸承。軸承端蓋： 用來固定軸承，承受軸向力， 調(diào)整軸承間隙。 軸承端蓋有嵌入式和凸緣式兩種。凸緣式調(diào)整軸承間隙方便，密封性能好，用得較多。密封裝置： 為防止灰塵等雜質(zhì)侵入軸承以及防止?jié)櫥瑒┩饴?需在軸承蓋孔中設(shè)置密封裝置。調(diào)整墊片：用來調(diào)整軸承間隙及調(diào)整傳動件的軸向位置。2. 箱體減速器箱體用來支持和固定軸系零件，保證傳動件的嚙合精度、良好潤滑及密封。一般采用鑄造箱體，也可以采用焊接箱體，多用于單件、小批生產(chǎn)。箱體從結(jié)構(gòu)形式上可分為剖分式箱體和整體式箱體。 剖分式箱體的剖分面多為水平面，與傳動件軸心線平面重合。一般減速器只有一個剖分面。3.

17、 附件為了完善減速器的性能及便于搬運、拆裝等，需要在減速器箱體上設(shè)置某些裝置或零件，統(tǒng)稱為附件。包括視孔與視孔蓋、 通氣器、油標、放油螺塞、定位銷、啟蓋螺釘、 調(diào)運裝置、油杯等。4. .4.6 實驗內(nèi)容1. 了解鑄造箱體的結(jié)構(gòu)；2. 觀察了解軸承部件的安裝、拆卸、固定、調(diào)整對結(jié)構(gòu)的要求；3. 觀察了解減速器附件的作用、結(jié)構(gòu)和安裝位置。4. 了解軸承的潤滑方式和密封裝置，包括外密封的形式。 軸承內(nèi)側(cè)擋油環(huán)、 封油環(huán)的工作原理及其結(jié)構(gòu)和安裝位置；5. 了解軸承的組合結(jié)構(gòu)以及軸承的拆、裝、固定和軸向游隙的調(diào)整；測繪高速軸及軸承部件的結(jié)構(gòu)草圖。13.4.7實驗步驟1 .卸下軸承端蓋的螺釘，取下軸承端蓋

18、和調(diào)整墊片；2 .卸下上、下箱體聯(lián)接螺栓及軸承旁聯(lián)接螺栓，拔出定位銷，利用啟蓋螺釘打開箱體上蓋；3 .觀察分析軸系部件的結(jié)構(gòu)，并思考如下問題：對軸向游隙可調(diào)的軸承應(yīng)如何進 行調(diào)整？軸承是如何進行潤滑的？如箱蓋的結(jié)合面上有油溝，則箱蓋應(yīng)采取怎樣的結(jié)構(gòu)才能使飛濺在箱壁上的油流回到箱座上的回油槽中？油槽有幾種加工方法？為了使?jié)?滑油經(jīng)油槽進入軸承，軸承蓋端面的結(jié)構(gòu)應(yīng)如何設(shè)計？在何種條件下滾動軸承的內(nèi)側(cè)要 用擋油環(huán)或封油環(huán)？其工作原理、構(gòu)造和安裝位置如何？4 .測量相關(guān)尺寸，填入指定的表格中；5 .測繪高速軸及其支撐部件的結(jié)構(gòu)草圖。6 3.4.8 注意事項：1 .拆裝過程中把零件放到適當?shù)奈恢?，不亂丟

19、；2 .做完實驗后要向老師匯報，老師檢查完后才可以離開；3 .實驗完畢將儀器放回原處，把桌椅板凳擺放整齊。4 3.4.9實驗數(shù)據(jù)記錄表格：名 稱符號尺寸中心高H箱蓋凸緣的厚度b1箱座上凸緣的厚度b2箱座底凸緣的厚度b3箱座底凸緣的寬度b4凸臺高度h上筋板厚度m1下筋板厚度m2大齒輪端面與箱體內(nèi)壁的距離1大齒輪頂圓與箱體內(nèi)壁之間的距離A2軸承端面至箱內(nèi)壁之間的距離C1軸承端面至箱內(nèi)壁之間的距離C2軸承端蓋外直徑D傳動比i5 3.4.9 思考題：1. 如何保證箱體支撐具有足夠的剛度？2. 軸承座兩側(cè)的上下箱體連接螺栓應(yīng)如何布置？3. 如何減輕箱體的重量和減少箱體加工面積？4. 各輔助零件有何用途？

20、安裝位置有何要求？機械設(shè)計實驗14.5軸系結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計實驗預習：1、畫表14-3軸系結(jié)構(gòu)實驗設(shè)計方案及指定設(shè)計條件中的裝配草圖3個；2、列舉各種軸上零件的軸向和周向定位方法有哪些。1 .實驗目的：1、熟悉和掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和軸承組合設(shè)計的基本要求和設(shè)計方法；2、了解滾動軸承軸系固定的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用場合；3、培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提高工程實踐能力。2 .實驗設(shè)備、工具和設(shè)計題目實驗設(shè)備：（1）模塊化軸段（可組裝成不同結(jié)構(gòu)形狀的階梯軸）；（2）軸上零件：齒輪、蝸桿、帶輪、聯(lián)軸器、軸承、軸承座、端蓋、套杯、 套筒、圓螺母、軸端擋板、止動墊圈、軸用彈性擋圈、孔用彈性擋圈、螺釘、螺 母等。實驗工具：活搬手、游標卡尺

21、、脹鉗等。實驗設(shè)計題目：該實驗能用較少的模塊實現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)形式的階梯軸和軸承組合結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，可設(shè)計出單級圓柱齒輪減速器輸入軸、二級圓柱齒輪減速器輸入軸、 蝸桿減速器輸入軸、二級圓柱齒 輪減速器中間軸、圓錐齒輪減速器輸入軸五種基本類型， 如圖142所示。每種基本類型又 可以采用不同的軸系支點軸向固定結(jié)構(gòu)型式、軸承代號、軸端傳動件等。圖14 2 待設(shè)計組裝的五種基本類型的軸表14-3給出了軸系結(jié)構(gòu)實驗設(shè)計方案及每個方案的指定設(shè)計條件，每人從中選擇一種 設(shè)計方案進行設(shè)計、組裝。表14-3軸系結(jié)構(gòu)實驗設(shè)計方案及指定設(shè)計條件方案序號設(shè)計條件類型案號軸系布置簡圖軸承固定方式軸承代號l(mm)傳動件單 級

22、齒 輪 減 速 器011-1I1兩端固定620695齒輪A帶輪A-L,1021-2In兩端固定7206C95齒輪A帶輪B輸入軸031-3. xI1 J11兩端固定3020695齒輪A帶輪BLII級 齒 輪 減 速 器 輸 入 軸042-1. =兩端固定6206145齒輪B聯(lián)軸器Ah*-1052-2IoX兩端固定7206C145齒輪B聯(lián)軸器BL-062-3A.兩端固定30206145齒輪B聯(lián)軸器CJ固定端7206C游動端6306蝸 桿 減 速 器 輸 入 軸073-1 e r一端固定一端游動168蝸桿聯(lián)軸器A、一八L111IU.2J 1L-1083-2三X1ol A.一端固定一端游動固定端720

23、6C游動端N306168蝸桿聯(lián)軸器AJH093-3o¥XX L 一端固定一端游動固定端30206游動端6306168蝸桿聯(lián)軸器CJ7s LL103-4己 Ej一端固定一端游動固定端 30206 游動端N306168蝸桿聯(lián)軸器BJ3L113-5一端固定一端游動固定端6206游動端6206157蝸桿聯(lián)軸器A1 xL_r1J123-6三1-一端固定一端游動固定端6206游動端N206157蝸桿聯(lián)軸器C凡1匚級 齒 輪 減 速 器 中 間 軸134-1兩端固定6206135齒輪B齒輪CXX二1144-2x兩端固定30206135齒輪B齒輪C_JII錐 齒 輪 減 速 器 輸 入 軸155-11 一兩端固定6306120錐齒